電子電氣產(chǎn)品機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計淺談

陳麗芬

摘要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，科學(xué)技術(shù)有了較大的突破，人們對電子電氣產(chǎn)品需求量和要求越來越高，為確保電子電氣產(chǎn)品具備良好的性能，必須做好電子電氣產(chǎn)品機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，因此，文章重點(diǎn)探討了電子電氣產(chǎn)品機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計，以為相關(guān)同行提供參考。

關(guān)鍵詞：電子;電氣;產(chǎn)品;機(jī)械;結(jié)構(gòu);設(shè)計

1.??? 尺寸要求

結(jié)合電子電氣設(shè)備和不同設(shè)備所需的空間，對基本尺寸和尺寸鏈進(jìn)行確定，在確定尺寸系列時必須根據(jù)定型和通用尺寸，并將模塊化、系統(tǒng)化、標(biāo)準(zhǔn)化可解決安裝兼容性問題考慮在內(nèi)。在設(shè)計機(jī)柜、外殼、面板、機(jī)箱、框架、母板等過程中，必須滿足相關(guān)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。

2.??? 安裝要求

基于用戶對產(chǎn)品的要求，需要對安裝及固定方式進(jìn)行修改（安裝方式包括嵌入式、板式插拔、箱式插拔等），從而確保安裝方式達(dá)到電氣規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)要求，并具備較強(qiáng)的安裝兼容性和繼承性。

3.??? 強(qiáng)度和剛度要求

結(jié)合電子電氣產(chǎn)品的抗震、抗沖擊、負(fù)載要求，驗算強(qiáng)度和剛度設(shè)計。在設(shè)計強(qiáng)度和剛度時，必須將構(gòu)件的連接方式考慮在內(nèi)，如組裝或焊接等;此外，還應(yīng)將構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式考慮在內(nèi)，通過增加壓筋或者折彎的方式，使構(gòu)件強(qiáng)度和剛度得到提升。

4.??? 外殼防護(hù)要求

設(shè)備的防護(hù)等級取決于設(shè)備的使用環(huán)境、設(shè)備防塵、防水要求。尤其是一些戶外設(shè)備、長期處于惡劣環(huán)境下工作設(shè)備等要求其防護(hù)等級非常高，因此，必須根據(jù)防護(hù)等級要求完成外殼設(shè)計。

5.??? 通風(fēng)散熱方面的要求

結(jié)合設(shè)備負(fù)載和發(fā)熱量設(shè)計通風(fēng)和散熱。如果電子電氣設(shè)備機(jī)殼發(fā)熱量較大，則可以考慮設(shè)計諸如風(fēng)機(jī)之類的散熱設(shè)備;若電子電氣設(shè)備的發(fā)熱量不大，則可以通過在機(jī)殼內(nèi)設(shè)置散熱板或者機(jī)殼打孔的方式;但在實際設(shè)計過程中，必須結(jié)合實際情況和要求確定散熱方式，以免出現(xiàn)設(shè)計相互矛盾問題。

6.??? 配線布線要求

接線是連接電子電氣產(chǎn)品的重要方法，在設(shè)置組件、插件、功能模塊的空間方面，必須合理設(shè)置重要部件的電氣連接、走線、母排、相序位置、電線穿孔等，結(jié)合使用電流對導(dǎo)線線徑進(jìn)行合理選擇;然后，結(jié)合電氣相關(guān)要求，將A相、B相、C相、中性線、地線、電源正負(fù)極等有不同顏色標(biāo)識，并按照相關(guān)要求依次安排空間位置，如“左，中，右”或“前，中，后”，“上、中、下”。

接線前對電線進(jìn)行分類，以避免各線路之間的相互干擾?；诠β孰娖綄ζ溥M(jìn)行分類，按照每個差分功率電平30dB為界限進(jìn)行分組，還可把大功率直流、交流和射頻線分成一組，小功率直流、射頻線和交流為一組，分開數(shù)字線和模擬線、高頻線和低頻線，然后分別進(jìn)行捆扎、敷設(shè)。進(jìn)行布線時，使用束線帶、塑料夾等捆扎線束，整個捆扎不宜過緊，確保導(dǎo)線不受應(yīng)力影響，且將轉(zhuǎn)角位置必須設(shè)置有圓弧過度;還可以將導(dǎo)線設(shè)置在行線槽內(nèi)，在固定線束方面要確保其牢固性，避免線皮因振動而磨損。整個接線需達(dá)到相關(guān)要求，并保證電線布設(shè)的美觀性。

7.??? 人機(jī)要求

電子電氣產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)方面不僅應(yīng)滿足電氣功能，而且還應(yīng)對人體工程學(xué)、色彩學(xué)、建模理論進(jìn)行運(yùn)用，并將人與設(shè)備之間的關(guān)系考慮在內(nèi)，設(shè)計出符合時宜的結(jié)構(gòu)。在造型方面可以將工業(yè)設(shè)計思想融入其中，根據(jù)工藝和審美要求調(diào)整形體比例，并根據(jù)體積平衡原則，從而保證其具備美觀大方的外觀;在色彩搭配方面，應(yīng)充分對色彩理論進(jìn)行利用，滿足操作者對色彩的需求，且保證其色彩搭配與環(huán)境融為一體。

8.??? 電磁兼容方面的要求

為了降低電磁干擾，不僅需從電路設(shè)計方面入手，還要對結(jié)構(gòu)屏蔽的設(shè)計要重視。以下分別介紹了設(shè)計設(shè)備結(jié)構(gòu)時應(yīng)采取的接地和屏蔽措施。

8.1? 接地

接地方式包括信號和機(jī)箱接地等。信號接地可提供所有或部分設(shè)備的電路電平參考平面。零電位和零電阻的物理實體是最佳接地平面，流經(jīng)的電流在任何時候都不會出現(xiàn)壓降;機(jī)箱接地不僅可以確保設(shè)備安全接地，而且可以保護(hù)操作員在操作中的安全，此外，還可以通過靜電感應(yīng)釋放積聚在機(jī)箱中的電荷，避免電位升高出現(xiàn)的放電問題，最大限度保障設(shè)備運(yùn)行的安全性。

有幾種類型的接地：即浮動、混合、單點(diǎn)、多點(diǎn)接地等。一般在低頻時多設(shè)計為單點(diǎn)接地，高頻時多設(shè)計為多點(diǎn)接地。

8.1.1????? 接地線線徑

在設(shè)計接地導(dǎo)線截面時，應(yīng)結(jié)合導(dǎo)線的電流大小確定截面尺寸。

8.1.2????? 接地線長度

如果系統(tǒng)運(yùn)行波長（）小到能和接地線比較時，或者是的奇數(shù)倍時，就會產(chǎn)生駐波，在此過程中接地線短路，電源線不作為接地。發(fā)電廠和變電站電磁干擾是由高壓工頻所致，繼電器觸點(diǎn)閉合和釋放，開關(guān)和斷路裝置分合過程中，脈沖電流產(chǎn)生的電磁干擾引起的。斷開斷路器過程中出現(xiàn)的諧波中幅度分量頻率高達(dá)30MHz，它對應(yīng)的波長當(dāng)接地線的長度與2.5m鄰近時，接地效果較差，所以，在設(shè)計機(jī)箱、機(jī)柜的接地線長度時，應(yīng)將其設(shè)置的與干擾波長一致。在低頻時單點(diǎn)接地性能較好，在高頻時多點(diǎn)接地性能較好。

8.1.3????? 接地電阻

一般，系統(tǒng)接地電阻應(yīng)設(shè)計的越小越好。搭接是通過在兩個金屬面之間構(gòu)建相應(yīng)的低阻抗路徑，以使搭接后的兩個金屬面變?yōu)榈入娢幻?，從而確保電路和機(jī)殼、電路、接地系統(tǒng)之間完成連接。像壓配連接、鉚接、焊接、螺釘攻絲連接等均可實現(xiàn)搭接，其中，螺釘連接具備搭接方便的優(yōu)勢，但是由于螺釘在配合件中振動時，容易出現(xiàn)表面接觸變?yōu)榫€接觸，降低了其可靠性。因此，在選擇搭接方式時，應(yīng)根據(jù)實際情況選擇，并需保障接觸面無氧化膜、漆塑，以確保接觸面接觸效果，接觸電阻應(yīng)越小越好。

8.2? 屏蔽

8.2.1????? 電場屏蔽

可以將電場感應(yīng)視為分布電容的耦合。電場屏蔽是為了使耦合電容得到減小。為確保其效果，必須確保屏蔽板接地效果良好，可以將屏蔽體的形狀設(shè)置為封閉式，并選擇導(dǎo)電率高、強(qiáng)度高的材料。

8.2.2????? 磁場屏蔽

（1）選擇材料時，盡量選擇硅鋼、坡莫合金等高磁導(dǎo)率材料;（2）屏蔽體的厚度應(yīng)盡可能厚;（3）在空間布設(shè)方面，屏蔽物需遠(yuǎn)離屏蔽體;（4）最小化接縫和開孔尺寸。

8.2.3????? 電磁場屏蔽

屏蔽體對電磁波的衰減主要是根據(jù)電磁波的反射和吸收情況而定。根據(jù)相關(guān)計算表明，屏蔽材料磁導(dǎo)率越高，電導(dǎo)率和吸收損耗隨之增加，且以熱的形式進(jìn)行消散。因此，在設(shè)計結(jié)構(gòu)時可以采取以下措施：

8.2.3.1?? 結(jié)構(gòu)材料的選擇

在選擇材料時，應(yīng)結(jié)合電磁波的干擾頻率進(jìn)行。低頻電磁干擾屏蔽效果主要與反射損耗有關(guān)，在選擇材料時應(yīng)盡量使用反射損耗大的金屬，如高導(dǎo)電性材料或者低電阻材料（銅、鋁、鎳等）。高頻電磁干擾則與吸收損耗有關(guān)，盡量使用具有低磁阻、高導(dǎo)熱率和高磁導(dǎo)率的材料，在塑料外殼表面必須涂抹屏蔽層或金屬鍍層，或者在塑料材料中添加適量金屬纖維;對于高要求的殼體，則可在內(nèi)壁上噴涂雷達(dá)吸波、軍用戰(zhàn)機(jī)隱形材料等，但在實際選擇時，應(yīng)將成本問題考慮在內(nèi)。

8.2.3.2?? 搭接處理

在制造機(jī)柜、機(jī)箱和儀器儀表外殼時，接縫問題是普遍存在的，接合處需要金屬之間的接觸，保證接觸處無漆或塑料，且接觸電阻越低越好。如果存在活動觸點(diǎn)，則應(yīng)在觸點(diǎn)處使用導(dǎo)電墊圈，并且需要一定的壓力以使接觸牢固。如果使用的材料不同，則必須保障這些材料具備電化學(xué)相容性。

8.2.3.3?? 開孔處理

為了保障機(jī)殼具備良好的通風(fēng)和散熱性，需要通過導(dǎo)線連接，必須在液晶、數(shù)字管顯示器和觀察窗口進(jìn)行開孔，由于屏蔽層的不連續(xù)，導(dǎo)致屏蔽效果降低。電磁泄漏與孔徑大小、波阻抗、干擾源頻率有關(guān)。當(dāng)孔的尺寸=1/2波長時，會產(chǎn)生天線效應(yīng)且輻射較大。

如果電磁兼容要求較高，可將穿越外殼的導(dǎo)線設(shè)計為穿心電容濾波。諸如液晶、數(shù)碼管、之類的顯示設(shè)備，可使用透明導(dǎo)電膜涂層玻璃或帶金屬線的屏蔽玻璃罩在殼體開孔位置。

針對必須要開的孔，為提高屏蔽效果可以選擇波導(dǎo)衰減裝置，波導(dǎo)孔尺寸與干擾源截止頻率關(guān)系密切，如果頻率低于這個，將會出現(xiàn)衰減。

結(jié)束語

隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)有了很大突破，人們對電子電氣產(chǎn)品的要求越來越高，為滿足人們的要求，必須不斷對電子電氣產(chǎn)品機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，以提高電子電氣產(chǎn)品的性能。

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